Forecasting of water quality variation is not an easy process due to the complicated nature of various water quality factors and their interrelationships. The objective of this study is to test the applicability of neural network models to the forecasting of the water quality at Dalchun station in Han River. Input data is consist of monthly data of concentration of DO, BOD, COD, SS and river flow. And this study selected optimal neural network model through changing the number of hidden layer based on input layer(n) from n to 6n. After neural network theory is applied, the models go through training, calibration and verification. The result shows that the proposed model forecast water quality of high efficiency and developed web-based water quality forecasting system after extend model
A river water quality management model was made by Dynamic programming. This model optimizes the wastewater treatment cost of the application area, and computed water quality with it must meet the water quality standard. And this model takes into consideration tributary input, wastewater treatment plant effluent, withdrawls for several purposes. Modified Streeter-Phelps equation was used to calculate BOD and DO. Optimization problem was solved with particular exceedance probability flow, and the water quality of each point was calculated with the decided treatment efficiencies. At that time, the probability satisfying the water quality standard of constraints to the exceedance probability of the flow. The developed model was applied to the lower part of the Han-River. The reliability to meet the water quality standard is 70 % when 4 wastewater treatment plants of Seoul City are operated by activated sludge system at autumn of the year 2001. Treatment cost of this case is 121.288 billion won per year.
Nakano, Satoshi;Kato, Chihiro;Purcell, Larry C.;Shiraiwa, Tatsuhiko
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.308-308
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2017
The low and unstable yield of soybean has been a major problem in Japan. Excess soil moisture conditions are one of the major factors to restrict soybean productivity. More than 80 % of soybean crops are cultivated in converted paddy fields which often have poor drainage. In central and eastern regions of Japan, the early vegetative growth of soybean tends to be restricted by the flooding damage because the early growth period is overlapped with the rainy season. Field observation shows that induced excess water stress in early vegetative stage reduces dry matter production by decreasing intercepted radiation by leaf and radiation use efficiency (RUE) (Bajgain et al., 2015). Therefore, it is necessary to evaluate the responses of soybean growth for excess water conditions to assess these effects on soybean productions. In this study, we aim to modify the soybean crop model (Sinclair et al., 2003) by adding the components of the restriction of leaf area development and RUE for adaptable to excess water conditions. This model was consist of five components, phenological model, leaf area development model, dry matter production model, plant nitrogen model and soil water balance model. The model structures and parameters were estimated from the data obtained from the field experiment in Tsukuba. The excess water effects on the leaf area development were modeled with consideration of decrease of blanch emergence and individual leaf expansion as a function of temperature and ground water level from pot experiments. The nitrogen fixation and nitrogen absorption from soil were assumed to be inhibited by excess water stress and the RUE was assumed to be decreasing according to the decline of leaf nitrogen concentration. The results of the modified model were better agreement with the field observations of the induced excess water stress in paddy field. By coupling the crop model and the ground water level model, it may be possible to assess the impact of excess water conditions for soybean production quantitatively.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2019.05a
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pp.153-153
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2019
Evapotranspiration (ET) is an important component of hydrological processes. Accurate estimates of ET variation are of vital importance for natural hazard adaptation and water resource management. This study first developed a soil water index (SWI)-based Priestley-Taylor algorithm (SWI-PT) based on the enhanced vegetation index (EVI), SWI, net radiation, and temperature. The algorithm was then compared with a modified satellite-based Priestley-Taylor ET model (MS-PT). After examining the performance of the two models at 10 flux tower sites in different land cover types over East Asia and Australia, the daily estimates from the SWI-PT model were closer to observations than those of the MS-PT model in each land cover type. The average correlation coefficient of the SWI-PT model was 0.81, compared with 0.66 in the original MS-PT model. The average value of the root mean square error decreased from $36.46W/m^2$ to $23.37W/m^2$ in the SWI-PT model, which used different variables of soil moisture and vegetation indices to capture soil evaporation and vegetative transpiration, respectively. By using the EVI and SWI, uncertainties involved in optimizing vegetation and water constraints were reduced. The estimated ET from the MS-PT model was most sensitive (to the normalized difference vegetation index (NDVI) in forests) to net radiation ($R_n$) in grassland and cropland. The estimated ET from the SWI-PT model was most sensitive to $R_n$, followed by SWI, air temperature ($T_a$), and the EVI in each land cover type. Overall, the results showed that the MS-PT model estimates of ET in forest and cropland were weak. By replacing the fraction of soil moisture ($f_{sm}$) with the SWI and the NDVI with the EVI, the newly developed SWI-PT model captured soil evaporation and vegetation transpiration more accurately than the MS-PT model.
Seo, Min-Woo;Im, Eun-Sang;Kim, Yong-Seong;Ha, Ik-Soo
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.784-793
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2006
As the number of CFRD constructions increases, the necessity of an accurate assessment on its behavior also has been increasing accordingly. The performance of concrete faced rockfill dam (CFRD) under different water levels is greatly concerned by dam engineers and designers in the world. However, domestic research on CFRD design and construction has yet been insignificant. This study deals with three centrifuge model tests, mainly investigates the deformation of the concrete faced slabs with different face slab stiffness under different water levels. The prototype of a centrifugal model dam is half size of domestic CFRD dam. Detailed material preparation, model design, model set-up, model instrumentation and testing procedures are presented. In order to simulate the prototype concrete faced slab, three kinds of thin fiberglass plates with different thickness was adopted in the three model tests. The water level control facility was specially designed for this experiment to control the water level rise and drawdown during centrifuge flight. Although most of the results from the three model tests are satisfactory, it is also required that the centrifuge test results should be compared with those of numerical analysis and field measurements to analyze the centrifuge test results more in detail.
Because the hydraulic/mechanical behaviour of unsaturated soil is more complicated than that of saturated soil, one of the most important issues in modelling unsaturated soil is to properly couple its stress-strain relationship with its water retention characteristics. Based on the results of a series of tests, the stress-strain relationship and the changes in suction and saturation of unsaturated completely decomposed granite (CDG, also called Masado) vary substantially under different loading/hydraulic conditions. To precisely model the hydraulic/mechanical behaviour of unsaturated Masado, in this study, the superloading concept was firstly introduced into an existing saturated/unsaturated constitutive model to consider the structural influences. Then a water retention curve (WRC) model considering the volumetric change in the soil, in which the skeleton and scanning curves of the water retention characteristics were assumed to shift in parallel in accordance with the change in the void ratio, was proposed. The proposed WRC model was incorporated into the constitutive model, and the validity of the newly proposed model was verified using the results of tests conducted on unsaturated Masado, including water retention, oedometer and triaxial tests. The accuracy of the proposed model in describing the stress-strain relationship and the variations in suction and saturation of unsaturated Masado is satisfactory.
Bisrat Ayalew Yifru;Seoro Lee;Woon Ji Park;Kyoung Jae Lim
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.287-287
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2023
Surface water-groundwater interaction (SWGI) is an important hydrological process that influences both the quantity and quality of water resources. However, regional scale SWGI model calibration and uncertainty analysis have been a challenge because integrated models inherently carry a vast number of parameters, modeling assumptions, and inputs, potentially leaving little time and budget to explore questions related to model performance and forecasting. In this study, we have proposed the application of iterative ensemble smoother (IES) for uncertainty analysis and calibration of the widely used integrated surface-subsurface model, SWAT-MODFLOW. SWAT-MODFLOW integrates Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and a three-dimensional finite difference model (MODFLOW). The model was calibrated using a parameter estimation tool (PEST). The major advantage of the employed IES is that the number of model runs required for the calibration of an ensemble is independent of the number of adjustable parameters. The pilot point approach was followed to calibrate the aquifer parameters, namely hydraulic conductivity, specific storage, and specific yield. The parameter estimation process for the SWAT model focused primarily on surface-related parameters. The uncertainties both in the streamflow and groundwater level were assessed. The work presented provides valuable insights for future endeavors in coupled surface-subsurface modeling, data collection, model development, and informed decision-making.
In this study, it was proposed that a method of setting the target water quality for TOC using the watershed model and the load duration curves to manage non-biodegradable organics in the total water load management system. To simulate runoff and water quality of the watershed, the HSPF model is used which is appropriate for urban and rural areas. Additionally, the load duration curve is used to reflect the variable water quality correlated with various river flow rates in preparing the TMDL plans in the U.S. First, the model was constructed by inputting the loads calculated from the pollutant sources in 2015. After the calibration and verification process, the water quality by flow conditions was analyzed from the BOD and TOC simulation results. When the BOD achieved the target water quality by inputting the target year loads for 2020, the median and average values of TOC were proposed for the target water quality. The provisional method of TOC target water quality for the management of non-biodegradable organics, which is one of the challenges of the total water load management system, was considered. In the future, it is expected to be used as basic data for the conversion of BOD into TOC in the total water load management system.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2009.05a
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pp.52-56
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2009
In this study a dynamic modeling scheme is presented to derive the probabilistic structure of soil water and plant water stress when subject to stochastic precipitation conditions. The newly developed model has the form of the Fokker-Planck equation, and its applicability as a model for the probabilistic evolution of the soil water and plant water stress is investigated under climate change scenarios. This model is based on the cumulant expansion theory, and has the advantage of providing the probabilistic solution in the form of probability distribution function (PDF), from which one can obtain the ensemble average behavior of the dynamics. The simulation result of soil water confirms that the proposed soil water model can properly reproduce the results obtained from observations, and it also proves that the soil water behaves with consistent cycle based on the precipitation pattern. The plant water stress simulation, also, shows two different PDF patterns according to the precipitation. Moreover, with all the simulation results with climate change scenarios, it can be concluded that the future soil water and plant water stress dynamics will differently behave with different climate change scenarios.
In this study, a dynamic modeling scheme is presented to describe the probabilistic structure of soil water and plant water stress index under stochastic precipitation conditions. The proposed model has the form of the Fokker-Planck equation, and its applicability as a model for the probabilistic evolution of the soil water and plant water stress index is investigated under a climate change scenario. The simulation results of soil water confirm that the proposed soil water model can properly reproduce the observations and show that the soil water behaves with consistent cycle based on the precipitation pattern. The simulation results of plant water stress index show two different PDF patterns according to the precipitation. The simple impact assessment of climate change to soil water and plant water stress is discussed with Korean Meteorological Administration regional climate model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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